CN115005853B - 基于多层平板探测器的高时空分辨能谱ct成像方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像方法和装置。方法包括：根据目标成像对象的成像需求，确定目标成像图像的时空分辨率；基于时空分辨率确定多层平板探测器的像素合并参数，根据像素合并参数设置每一层平板探测器的像素合并单元，以使平板探测器中不同层探测器的像素合并单元交错设置；基于扫描协议执行扫描操作，获取多层平板探测器基于像素合并单元读出的合并单元信号。使得像素合并参数适用于成像需求的时空分辨率，实现了对目标成像对象更充分的空间采样，从而显著提升多层平板探测器锥形束能谱CT成像的时空分辨率。

Description

基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像方法和装置

技术领域

本发明涉及能谱CT成像技术领域，尤其涉及一种基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像方法和装置。

背景技术

基于多层（≥2）平板探测器的能谱锥形束CT（Cone beam CT，CBCT）可以实现定量物质分解，提高图像的密度分辨率。在诸多临床领域发挥着不可替代的作用，包括口腔三维成像，血管造影，放射性治疗中的影像引导，骨骼成像，乳腺检查，介入治疗等。其不仅可以提供传统CT具有的形态学信息，还可以实现物质成分分析，给出不同组分定量密度分布。这些定量信息有助于辅助医生对感兴趣区域的定位、定性。以多层（≥2）平板探测器中最为典型的双层平板探测器为例，目前已经成为受到广泛关注的实现能谱CBCT的主要技术手段之一，它可以在单次扫描过程中由第一层和第二层探测器分别采集低能和高能能谱数据，进而实现定量物质分解，提高图像的密度分辨率。

但是CBCT系统广泛存在高时空分辨率与快速扫描无法兼得的问题，双层探测器能谱CBCT亦是如此。CBCT系统拥有较小的成像探测单元尺寸，有潜力实现高时空分辨率成像。然而，由于平板探测器采集的数据量大、读出帧率有限，CBCT扫描过程通常需要进行像素合并，以牺牲时空分辨率来满足临床对扫描速度的要求。以CBCT平板探测器中比较典型的Varex 4343CB为例，其成像范围为43cmⅹ43cm，原始像元尺寸为139μm，像元个数是3072ⅹ3072，在不进行像素合并的工作模式下，以4 fps的帧率采集一幅300个角度的投影数据需要约75秒。过长的扫描时间会加剧病人体位变化导致的运动伪影，错过造影剂扩散过程的最佳成像时间，无法满足临床诊断或介入性治疗中的成像需求。因此在CBCT成像过程中，平板探测器通常需要进行像素合并来减少后端集成电路的读出负荷，缩短扫描时间，这不可避免地导致了时空分辨率的丢失。例如，对探测器进行2ⅹ2像素合并可以将扫描时间缩短一倍，但同时导致图像的时空分辨率明显下降。

因此，如何在加快扫描速度的同时保证图像的时空分辨率是基于平板探测器锥束CT成像一个亟待解决的技术问题。对于多层平板探测器能谱锥形束CT成像而言，该问题也依然存在，并制约该技术的快速发展。

发明内容

本发明提供了一种基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像方法和装置，以解决锥形束能谱CT成像时扫描速度和时空分辨率不能兼顾的技术问题，实现在加快扫描速度的同时保证图像的时空分辨率。

根据本发明的一方面，提供了一种基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像方法，包括：

根据锥形束能谱CT的目标成像对象的成像需求，确定目标成像图像的时空分辨率；

基于时空分辨率确定多层平板探测器的像素合并参数，根据像素合并参数设置每一层平板探测器的像素合并单元，以使平板探测器中的不同层探测器的像素合并单元交错设置；

基于扫描协议执行扫描操作，获取多层平板探测器基于像素合并单元读出的合并单元信号。

可选的，在上述方案的基础上，像素合并参数包括合并单元尺寸和偏移参数，合并单元尺寸表征像素合并单元中探测单元的数量，偏移参数表征相邻不同层探测器的像素合并单元在设定方向上的偏移程度。

可选的，在上述方案的基础上，设定方向为一维方向或二维方向，一维方向为水平方向或竖直方向，二维方向为水平方向和竖直方向。

可选的，在上述方案的基础上，基于时空分辨率确定平板探测器的像素合并参数，包括：

基于时空分辨率确定合并单元尺寸；

根据合并单元尺寸确定偏移参数。

可选的，在上述方案的基础上，根据合并单元尺寸确定偏移参数，包括：

基于合并单元尺寸的一维长度确定偏移参数。

可选的，在上述方案的基础上，基于合并单元尺寸的一维长度确定偏移参数包括：

当合并单元尺寸的一维长度为奇数时，将与一维长度的半值相邻的任一整数作为偏移参数；

当合并单元尺寸的一维长度为偶数时，将一维长度的半值作为偏移参数。

可选的，在上述方案的基础上，像素合并单元的合并单元信号根据像素合并单元内各探测单元的探测信号和贡献权重加权求和得到。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像装置，包括：

时空分辨率确定模块，用于根据锥形束能谱CT的目标成像对象的成像需求，确定目标成像图像的成像时空分辨率；

合并单元设置模块，用于基于时空分辨率确定平板探测器的像素合并参数，根据像素合并参数设置平板探测器的像素合并单元，以使平板探测器中的不同层探测器的像素合并单元交错设置；

合并信号采集模块，用于基于扫描协议执行扫描操作，获取多层平板探测器基于像素合并单元读出的合并单元信号。

根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，电子设备包括：

至少一个处理器；以及

与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，计算机程序被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例的基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像方法。

本发明实施例的技术方案，根据锥形束能谱CT的目标成像对象的成像需求，确定目标成像图像的时空分辨率；基于时空分辨率确定多层平板探测器的像素合并参数，根据像素合并参数设置每一层平板探测器的像素合并单元，以使平板探测器中的不同层探测器的像素合并单元交错设置；基于扫描协议执行扫描操作，获取多层平板探测器基于像素合并单元读出的合并单元信号，通过基于成像需求确定像素合并参数，使得像素合并参数适用于成像需求的时空分辨率，通过基于像素合并参数对平板探测器的每一层探测器进行像素合并单元的交错设置，实现了对目标成像对象更充分的空间采样，进一步保证了目标成像图像的时空分辨率。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像方法的流程图；

图2是本发明实施例二提供的一种基于亚像素编码的多层探测器CBCT数据采集方案示意图；

图3是本发明实施例三提供的一种基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像装置的结构示意图；

图4是本发明实施例四提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像方法的流程图，本实施例可适用于多层平板探测器的锥束能谱CT成像扫描时的情况，该方法可以由基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像装置来执行，该基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像装置可配置于电子设备中。如图1所示，该方法包括：

S110、根据锥形束能谱CT的目标成像对象的成像需求，确定目标成像图像的时空分辨率。

本实施例提供的基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像方法可以由各种锥形束能谱CT执行实现，应用在各种成像场景，用于不同成像对象的成像，如口腔三维成像，血管造影，放射性治疗中的影像引导，骨骼成像，乳腺检查，介入治疗等。示例性的，本实施例提供的基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像方法可以用于口腔锥形束CT进行口腔成像、血管造影锥形束CT进行血管造影、头部锥形束CT进行头部成像、乳腺锥形束CT进行乳腺成像、肺部锥形束CT进行肺部成像、骨骼锥形束CT进行骨骼成像、胸部锥形束CT进行胸部成像、前列腺锥形束CT进行前列腺成像等成像场景，在此不做限定。

可以理解的是，不同目标成像对象的成像需求不同，进而成像图像所需的时空分辨率也不同。示例性的，若进行血管成像，则需要较高精度的成像图像，即需要成像图像的时空分辨率较高；若进行肿瘤部位成像，只需定位肿瘤位置大小即可，无需高精度的成像图像，即需要成像图像的时空分辨率可以较低。因此，需要针对成像对象的成像需求确定成像图像的时空分辨率，以使基于时空分辨率确定的平板探测器的像素合并参数采集的信号满足成像对象的成像需求，同时保证成像对象的成像图像的时空分辨率。

可选的，可以预先设置不同成像对象对应的时空分辨率。在确定目标成像对象后，将预先设置的对应关系中目标成像对象对应的时空分辨率作为目标成像图像的时空分辨率。还可以针对每个成像对象，设置一个或多个时空分辨率，由操作医师选择需要的时空分辨率触发扫描指令，锥形束能谱CT成像装置根据检测到的扫描指令，获取扫描指令中携带的时空分辨率作为目标成像图像的时空分辨率。

S120、基于时空分辨率确定多层平板探测器的像素合并参数，根据像素合并参数设置每一层平板探测器的像素合并单元，以使平板探测器中的不同层探测器的像素合并单元交错设置。

为了实现对目标成像对象更充分空间采样，在本实施例中对重叠放置的多层平板探测器每一层探测器进行像素合并单元的设置，以使多层平板探测器中的不同层探测器进行交错位置的像素合并，即将相邻不同层探测器的像素合并单元交错设置，使得通过像素合并加快扫描速度的同时，通过交错设置的每一层探测器的像素合并单元实现重建出更加精细的高空间分辨能谱CT图像。其中，根据像素合并参数设置平板探测器的像素合并单元可以为根据像素合并参数设置平板探测器的集成电路的读出单元，每个读出单元对应平板探测器中的一个像素合并单元。

示例性的，假设多层平板探测器为双层平板探测器，确定双层平板探测器的像素合并参数后，基于像素合并参数设置双层平板探测器中上层平板探测器的像素合并单元和下层平板探测器的像素合并单元，使得上层平板探测器的像素合并单元和下层平板探测器的像素合并单元交错设置。假设多层平板探测器为N层平板探测器，确定N层平板探测器的像素合并参数后，基于像素合并参数设置每一层平板探测器中的像素合并单元，使得任意两层平板探测器的像素合并单元交错设置。

一个实现方式中，基于时空分辨率确定平板探测器的像素合并参数可以为：当时空分辨率较高时，设置较小的像素合并参数，当时空分辨率较低时，设置较大的像素合并参数。其中，时空分辨率的高低可以基于预先设定的分辨率阈值确定，高于分辨率阈值的时空分辨率为较高的时空分辨率，低于分辨率阈值的时空分辨率为较低的时空分辨率。同理，像素合并参数的大小可以基于预先设定的参数阈值确定，高于参数阈值的像素合并参数为较大的像素合并参数，低于参数阈值的像素合并参数为较小的像素合并参数。

一个实现方式中，可以预先设定不同分辨率区间对应的像素合并参数，如设置时空分辨率区间[A，B]对应像素合并参数为M，时空分辨率区间[C，D]对应像素合并参数为N，时空分辨率区间[E，F]对应像素合并参数为K。在确定像素合并参数时，根据目标成像图像的时空分辨率和预先设置的对应关系确定像素合并参数。假设目标成像控件的时空分辨率在区间[C，D]内，则平板探测器的像素合并参数为N。其中，A、B、C、D、E、F、M、N、K均为参数示意，具体参数数值及个数可以根据实际情况设置。

一个实现方式中，还可以根据经验设置时空分辨率对应的像素合并参数。

上述实现方式均为基于时空分辨率确定多层平板探测器的像素合并参数的示例，不对基于时空分辨率确定多层平板探测器的像素合并参数的方式进行限制。

在本发明的一种实施方式中，多层平板探测器的像素合并参数包括合并单元尺寸和偏移参数，合并单元尺寸表征像素合并单元中探测单元的数量，偏移参数表征相邻两层探测器的像素合并单元在设定方向上的偏移程度。为了实现探测单元的像素合并，需要设置像素合并参数包括合并单元尺寸；为了实现不同层探测器的像素合并单元的交错设置，需要设置偏移参数。通过合并单元尺寸表示由探测单元至像素合并单元的合并方式，通过偏移参数表示相邻两层探测器中像素合并单元的偏移量。示例性的，合并单元尺寸可以为n*n，n为大于1的正整数，表示由探测器中的n*n个探测单元构成一个像素合并单元。偏移参数可以为相邻两层探测器的像素合并单元在设定方向上的偏移量，以双层平板探测器为例，偏移参数可以为上层探测器和下层探测器在设定方向上的偏移量。其中，设定方向为一维方向或二维方向，在此不做限制。一维方向可以为水平方向或竖直方向，二维方向包括水平方向和竖直方向。相邻两层探测器可以为第一层探测器和其他层探测器，第一层探测器中像素合并单元与其对应的其他层探测器中像素合并单元可以为序号相同的像素合并单元。

在上述方案的基础上，基于时空分辨率确定平板探测器的像素合并参数，包括：基于时空分辨率确定合并单元尺寸；根据合并单元尺寸确定偏移参数。可以理解的是，为保证目标成像图像的时空分辨率，偏移参数的设置需要以合并单元尺寸为参考进行设置，将偏移参数设置为一个能够使不同层探测器的像素合并单元有交错区域的参数。而合并单元尺寸的设置与时空分辨率相关联。以上述实施例为例，可以为较高的时空分辨率设置较小的合并单元尺寸，为较低的时空分辨率率设置较大的合并单元尺寸。或设置时空分辨率和合并单元尺寸的对应关系，基于预先设置的对应关系确定时空分辨率对应的合并单元尺寸。

一个实施例中，根据合并单元尺寸确定偏移参数，包括：

基于合并单元尺寸的一维长度确定偏移参数。为了使得基于偏移参数设置的每一层探测器的像素合并单元的交错区域较合理，可以基于合并单元尺寸的一维长度确定偏移参数。示例性的，假设合并单元尺寸为m*n，则合并单元尺寸的一维长度为m或n。可以将设置偏移参数为小于m或n的任意正整数，以确保任意不同层探测器的像素合并单元具有交错区域。

在上述方案的基础上，基于合并单元尺寸的一维长度确定偏移参数包括：当合并单元尺寸的一维长度为奇数时，将与一维长度的半值相邻的任一整数作为偏移参数；当合并单元尺寸的一维长度为偶数时，将一维长度的半值作为偏移参数。为了使每一层探测器的像素合并单元的交错区域设置更加合理，可以以合并单元尺寸的一维长度的半值设置偏移参数，一维长度的半值可以理解为一维长度的二分之一数值。示例性的，假设双层平板探测器的合并单元尺寸为3*3，则合并单元尺寸的一维长度为3，即合并单元尺寸的一维长度为奇数，则将与3/2相邻的任一整数1或2作为偏移参数，即第二层探测器的像素合并单元相对于第一层探测器的像素合并单元在设定方向上偏移1或2个探测单元。假设合并单元尺寸为4*4，则合并单元尺寸的一维长度为4，即合并单元尺寸的一维长度为偶数，则将4/2作为偏移参数，即第二层探测器的像素合并单元相对于第一层探测器的像素合并单元在设定方向上偏移2个探测单元。

S130、基于扫描协议执行扫描操作，获取多层平板探测器基于像素合并单元读出的合并单元信号。

设置完多层平板探测器每一层探测器的像素合并单元后，即可基于目标成像对象的扫描协议执行扫描操作，分别通过每一层探测器的集成电路采集相应的像素合并单元的合并单元信号，作为该层能谱数据，直到扫描完成。例如，在双层平板探测器中，通过第一层探测器的集成电路采集像素合并单元的合并单元信号作为低能能谱数据，通过第二层探测器的集成电路采集像素合并单元的合并单元信号作为高能能谱数据。最后基于采集得到的多层探测器的合并单元信号重建出目标成像对象的能谱CT图像。其中，目标成像对象的扫描协议可以根据实际需求设置，可以包括扫描时间、层间分辨率、层内分辨率等参数。

本实施例的技术方案，通过根据目标成像对象的成像需求，确定目标成像图像的时空分辨率；基于时空分辨率确定平板探测器的像素合并参数，根据像素合并参数设置每一层平板探测器的像素合并单元，以使平板探测器中的不同层探测器的像素合并单元交错设置；基于扫描协议执行扫描操作，获取平板探测器基于像素合并单元读出的合并单元信号，通过基于成像需求确定像素合并参数，使得像素合并参数适用于成像需求的时空分辨率，通过基于像素合并参数对平板探测器的每一层进行像素合并单元的交错设置，实现了对目标成像对象更充分的空间采样，进一步保证了目标成像图像的时空分辨率和扫描速度。

实施例二

本实施例在上述实施例的基础上，提供了一种优选实施例。

本发明实施例为了解决现有平板探测器锥束CT成像技术中扫描速度加快时不能保证时空分辨率的技术问题。提出了基于亚像素编码的多层探测器能谱CBCT成像数据采集方法，在快速扫描的同时，实现超分辨精准定量成像。具体的，本发明实施例结合多层平板探测器多层叠置的结构特点，引入可见光成像中的亚像素编码技术，对每一层探测器进行交错像素合并，从而对物体有更充分的采样空间，有助于进行超分辨图像重建。

通常重叠放置的每一层探测器进行对齐的像素合并来加快扫描速度，首先通过对集成电路的数据读取过程进行编程，实现每一层交错的像素合并，即亚像素编码。其次，亚像素编码过程中，有效像元的空间交错程度决定了高低能谱图像的位置信息。本发明实施例通过不同的成像要求（比如扫描时间，层间分辨率，层内分辨率等）确定像素合并尺寸以及每一层探测器的像素合并单元之间的偏移量，实现超分辨图像重建。

基于多层探测器的工作原理可知，每一层探测器记录不同的入射X光能量。根据上述实施例可知，尽管平板探测器原始像元尺寸可以达到100-200微米，但由于读出速率有限，探测单元通常需要进行2ⅹ2，3ⅹ3或4ⅹ4像素合并，以时空分辨率的牺牲来减少电路读出负荷。针对以上问题，本发明实施例提出亚像素编码技术，将每一层探测器中交错空间位置的探测单元进行合并读数。

图2是本发明实施例二提供的一种基于亚像素编码的多层探测器CBCT数据采集方案示意图。图2中（a）部分，SOD代表光源到旋转中心的距离，ODDn代表旋转中心到第n层探测器的距离。图2中（b）部分为双层探测器亚像素编码方案示意图，以2ⅹ2像素合并为例，2*2填充网格代表有效像元（像素合并单元），第一层探测器和第二层探测器合并后的有效像元（像素合并单元）位置交错，采集物体不同空间位置衰减信息，合并后的信号经行、列移位寄存器读出，双层探测器采样空间交错互补，对于被扫描物体而言，其整体空间采样更加充分，同时获得两种能量衰减信息。图2中（c）部分为三层探测器亚像素编码方案示意图，以3ⅹ3像素合并为例，3*3填充网格代表有效像元（像素合并单元），三层探测器合并后的有效像元（像素合并单元）位置交错，采集物体不同空间位置衰减信息，合并后的信号经行、列移位寄存器读出，三层探测器采样空间交错互补，对于被扫描物体而言，其整体空间采样更加充分，同时获得三种能量衰减信息。

需要说明的是，本发明实施例提出的亚像素编码技术不仅限于2ⅹ2的像素合并方案。当探测器中的像素合并单元进行其他形式的合并时，如3ⅹ3，4ⅹ4等像素合并（n*n对称形式），上述亚像素偏移读出方法也同样适用。其中，对于偶数个对称像素合并方案，建议选择半个合并像素尺寸的亚像素偏移（二维方向）。对于奇数个对称像素合并方案，建议选择小于或者大于半个合并像素尺寸的亚像素偏移（二维方向）。例如，对于3*3像素合并，建议采用二维方向上1个或者2个像素尺寸的亚像素偏移；对于5*5像素合并，建议采用二维方向上2个或者3个像素尺寸的亚像素偏移。另外，对于非对称形式的像素合并（n*m，m≠n），上述像素偏移读出技术也一样适用。亚像素偏移的数目确定方案与上述类似，根据实际需要可进行动态调整。另外，也不限制于上述二维方向的亚像素偏移，可以在单一方向进行亚像素偏移，偏移设置与上述描述类似。

需要特别说明的是，当需要利用多层平板探测器中的原始探测单元进行锥形束能谱CT成像时，即对于需要计划利用多层探测器原始1*1像素实现亚像素空间分辨的设计而言，可以考虑在硬件装配阶段对每一层探测器进行物理层面的偏移，其中偏移量可以根据实际需求设置。例如，设置偏移量为0.5个物理像素尺寸，即将每一层探测器沿某设定方向（如一维水平/一维竖直方向或二维方向）偏移0.5个物理像素尺寸。但是由于受当前探测器技术的限制，如当前平板探测器采集的数据量大、读出帧率有限，使得原始1*1像素的数据采集速度较慢，难以满足医学成像的需要，因此对该情况不做具体展开说明和解释。

本发明实施例通过基于亚像素编码的双层探测器能谱CBCT超分辨定量成像方案，无需改变现有多层平板探测器的物理结构及数据读出电路，解决了现有能谱CBCT快速扫描过程中像素合并导致的时空分辨率下降问题，实现了更高空间分辨、更快时间分辨、大视野的锥束能谱CT成像。

实施例三

图3是本发明实施例三提供的一种基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像装置的结构示意图。如图3所示，该装置包括：

时空分辨率确定模块310，用于根据锥形束能谱CT的目标成像对象的成像需求，确定目标成像图像的成像时空分辨率；

合并单元设置模块320，用于基于时空分辨率确定平板探测器的像素合并参数，根据像素合并参数设置平板探测器的像素合并单元，以使平板探测器中的每一层探测器的像素合并单元交错设置；

合并信号采集模块330，用于基于扫描协议执行扫描操作，获取多层平板探测器基于像素合并单元读出的合并单元信号。

本实施例的技术方案，通过根据目标成像对象的成像需求，确定目标成像图像的时空分辨率；基于时空分辨率确定平板探测器的像素合并参数，根据像素合并参数设置每一层平板探测器的像素合并单元，以使平板探测器中的不同层探测器的像素合并单元交错设置；基于扫描协议执行扫描操作，获取多层平板探测器基于像素合并单元读出的合并单元信号，通过基于成像需求确定像素合并参数，使得像素合并参数适用于成像需求的时空分辨率，通过基于像素合并参数对平板探测器的每一层探测器进行像素合并单元的交错设置，实现了对目标成像对象更充分的空间采样，进一步保证了目标成像图像的时空分辨率。

在上述实施例的基础上，可选的，像素合并参数包括合并单元尺寸和偏移参数，合并单元尺寸表征像素合并单元中探测单元的数量，偏移参数表征每一层探测器的像素合并单元在设定方向上的偏移程度。

在上述实施例的基础上，可选的，设定方向为一维方向或二维方向。

在上述实施例的基础上，可选的，合并单元设置模块320具体用于：

基于时空分辨率确定合并单元尺寸；

根据合并单元尺寸确定偏移参数。

在上述实施例的基础上，可选的，合并单元设置模块320具体用于：

基于合并单元尺寸的一维长度确定偏移参数。

在上述实施例的基础上，可选的，合并单元设置模块320具体用于：

当合并单元尺寸的一维长度为奇数时，将与一维长度的半值相邻的任一整数作为偏移参数；

当合并单元尺寸的一维长度为偶数时，将一维长度的半值作为偏移参数。

在上述实施例的基础上，可选的，像素合并单元的合并单元信号根据像素合并单元内各探测单元的探测信号和贡献权重加权求和得到。

本发明实施例所提供的锥形束能谱CT成像装置可执行本发明任意实施例所提供的锥形束能谱CT成像方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

实施例四

图4是本发明实施例四提供的一种电子设备的结构示意图。电子设备10旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备（如头盔、眼镜、手表等）和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。

如图4所示，电子设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器（ROM）12、随机访问存储器（RAM）13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器（ROM）12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器（RAM）13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中，还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。输入/输出（I/O）接口15也连接至总线14。

电子设备10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）、各种专用的人工智能（AI）计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器（DSP）、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如锥形束能谱CT成像方法。

在一些实施例中，基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的锥形束能谱CT成像方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式（例如，借助于固件）而被配置为执行锥形束能谱CT成像方法。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）、专用标准产品（ASSP）、芯片上系统的系统（SOC）、负载可编程逻辑设备（CPLD）、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本发明的基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

实施例五

本发明实施例五还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使处理器执行一种基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像方法，该方法包括：

根据目标成像对象的成像需求，确定目标成像图像的时空分辨率；

基于时空分辨率确定多层平板探测器的像素合并参数，根据像素合并参数设置每一层平板探测器的像素合并单元，以使平板探测器中的不同层探测器的像素合并单元交错设置；

基于扫描协议执行扫描操作，获取多层平板探测器基于像素合并单元读出的合并单元信号。

在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或快闪存储器）、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器（CD-ROM）、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置（例如，CRT（阴极射线管）或者LCD（液晶显示器）监视器）；以及键盘和指向装置（例如，鼠标或者轨迹球），用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈（例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈）；并且可以用任何形式（包括声输入、语音输入或者、触觉输入）来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统（例如，作为数据服务器）、或者包括中间件部件的计算系统（例如，应用服务器）、或者包括前端部件的计算系统（例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互）、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信（例如，通信网络）来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网（LAN）、广域网（WAN）、区块链网络和互联网。

计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像方法，其特征在于，包括：

根据锥形束能谱CT的目标成像对象的成像需求，确定目标成像图像的时空分辨率；

基于所述时空分辨率确定多层平板探测器的像素合并参数，根据所述像素合并参数设置每一层平板探测器的像素合并单元，以使所述平板探测器中的不同层探测器的像素合并单元交错设置；

基于扫描协议执行扫描操作，获取所述多层平板探测器基于所述像素合并单元读出的合并单元信号，其中，根据像素合并参数设置平板探测器的集成电路的读出单元，每个所述读出单元对应平板探测器中的一个像素合并单元；

其中，所述像素合并参数包括合并单元尺寸和偏移参数，所述合并单元尺寸表征所述像素合并单元中探测单元的数量，所述偏移参数表征相邻不同层探测器的像素合并单元在设定方向上的偏移程度，所述基于所述时空分辨率确定平板探测器的像素合并参数，包括：

基于所述时空分辨率确定所述合并单元尺寸；

根据所述合并单元尺寸确定所述偏移参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定方向为一维方向或二维方向，所述一维方向为水平方向或竖直方向，所述二维方向为水平方向和竖直方向。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述合并单元尺寸确定所述偏移参数，包括：

基于所述合并单元尺寸的一维长度确定所述偏移参数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述合并单元尺寸的一维长度确定所述偏移参数包括：

当所述合并单元尺寸的一维长度为奇数时，将与所述一维长度的半值相邻的任一整数作为所述偏移参数；

当所述合并单元尺寸的一维长度为偶数时，将所述一维长度的半值作为所述偏移参数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述像素合并单元的合并单元信号根据所述像素合并单元内各探测单元的探测信号和贡献权重加权求和得到。

6.一种基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像装置，其特征在于，包括：

时空分辨率确定模块，用于根据目标成像对象的成像需求，确定目标成像图像的成像时空分辨率；

合并单元设置模块，用于基于所述时空分辨率确定平板探测器的像素合并参数，根据所述像素合并参数设置平板探测器的像素合并单元，以使所述平板探测器中的不同层探测器的像素合并单元交错设置；

合并信号采集模块，用于基于扫描协议执行扫描操作，获取所述平板探测器基于所述像素合并单元读出的合并单元信号，其中，根据像素合并参数设置平板探测器的集成电路的读出单元，每个所述读出单元对应平板探测器中的一个像素合并单元；

其中，所述像素合并参数包括合并单元尺寸和偏移参数，所述合并单元尺寸表征所述像素合并单元中探测单元的数量，所述偏移参数表征相邻不同层探测器的像素合并单元在设定方向上的偏移程度，所述基于所述时空分辨率确定平板探测器的像素合并参数，包括：

基于所述时空分辨率确定所述合并单元尺寸；

根据所述合并单元尺寸确定所述偏移参数。

7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-5中任一项所述的基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述的基于多层平板探测器的高时空分辨能谱CT成像方法。

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